TUTTO SULLE PERDITE DI POTENZA

TKART Staff

24 Novembre 2017

Attriti degli elementi rotanti e striscianti; perdite generate dagli pneumatici; resistenza aerodinamica... sono diversi i fattori di attrito che riducono sensibilmente la potenza generata dal motore e trasmessa all’asse. Analizziamo la loro influenza e capiamo come ridurli al minimo

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

Ogni motore ha una potenza nominale dichiarata, espressa in Cavalli (30-40 Cv per i motori da kart, con o senza marce), che genera una determinata spinta (potenza all’albero motore). Essa, però, nell’azione concreta, si scontra con una serie di forze che la limitano e si contrappongono al movimento del kart.
La più nota è l’opposizione generata dal peso secondo la prima legge della dinamica: a=F/M, dove a è l’accelerazione, F la forza di spinta generata dalla coppia del motore e M la massa di kart più pilota. Ma vi sono altri elementi che si oppongono alla spinta del propulsore.
Innanzitutto gli attriti, ovvero le resistenze esistenti tra i vari componenti meccanici in movimento relativo: si pensi ai cuscinetti, tanto dell’assale quanto

dei mozzi dei cerchi anteriori, piuttosto che all’attrito della catena su corona e pignone.
Ancora più importanti sono gli attriti di rotolamento degli pneumatici, dati sia dall’aderenza della gomma sull’asfalto, sia, soprattutto, dalla deformazione della carcassa durante il rotolamento, che crea un'importante forza in opposizione all’avanzamento del kart. Da ultimo bisogna considerare anche la resistenza aerodinamica, elemento fortemente legato alla velocità del mezzo, ma anche al suo profilo aerodinamico.
Sintetizzando, dunque, le perdite per attrito (meccanico e aerodinamico) si possono suddividere in perdite di potenza per attrito degli organi del telaio (cuscinetti e catena di trasmissione), degli pneumatici, e aerodinamici. Così da poterle meglio analizzare.

PESO, ATTRITI E RESISTENZA AERODINAMICA SI OPPONGONO ALLA FORZA GENERATA DAL MOTORE E RIDUCONO LE PRESTAZIONI DEL KART

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IMPRONTA A TERRA

La differenza delle superfici di contatto pneumatico – asfalto con mezzo fermo e mazzo in movimento

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

VELOCITÀ MEZZO

La relazione fra coefficiente di rotolamento f e velocità del kart V mostra un valore costante di f fino a circa 60 km/h, per il pneumatico convenzionale, e a 110 km/h per quello radiale che, dunque, mantiene un valore di f più basso in tutte le condizioni di velocità. Successivamente, il rapporto diventa esponenziale al quadrato, con una crescita repentina di f analoga per entrambi gli pneumatici

STRUTTURA E MATERIALE PNEUMATICO

L’andamento del coefficiente di rotolamento f, in funzione della velocità V, per pneumatici realizzati per differenti utilizzi. A cambiare, su questi pneumatici, sono materiali, struttura della carcassa e tipologia di battistrada

In questo grafico viene visualizzata la potenza di rotolamento persa, in funzione della velocità, a seconda del materiale con il quale è realizzato lo pneumatico

CARICO VERTICALE E PRESSIONE GONFIAGGIO

Il coefficiente di rotolamento f generalmente si riduce all’aumentare della pressione di gonfiaggio (minore impronta a terra e deformazione del pneumatico), e aumenta con l’aumentare del carico verticale agente sul pneumatico

Tra gli attriti menzionati in precedenza, quelli relativi a cuscinetti e catena sono difficili da calcolare. In generale, si può dire che, per i cuscinetti, dipendono dalla tipologia degli stessi, dal loro diametro e dal carico agente sul cuscinetto. Quest’ultimo parametro è approssimabile al carico agente sulle singole ruote posteriori (per i cuscinetti dell’assale) e anteriori. Di maggiore complessità è la valutazione delle perdite dovute alla resistenza al rotolamento per deformabilità della ruota, ma, qui, possono venire in soccorso alcuni dati sperimentali provenienti dal mondo automobilistico.
Le perdite dovute agli pneumatici possono essere considerate come derivanti da due fattori: la resistenza al rotolamento e lo strisciamento fra battistrada e asfalto. Al di sotto dei 120 km/h, cioè nella maggior parte delle condizioni alle quali viaggia un kart da competizione, il 90% delle resistenze derivano dalla prima componente e solo il 10% dalla seconda.

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

È chiaro, quindi, che per quel che riguarda il kart è la resistenza al rotolamento quella che va analizzata più approfonditamente.
Uno pneumatico, a contatto con l’asfalto, per via del peso che vi grava sopra si deforma e crea una superficie di contatto pneumatico-asfalto che ha un determinato spessore.
Tale impronta è spostata verso la direzione del moto rispetto all’asse verticale che passa per il centro della ruota (fusello).
Anche la pressione verticale che esiste fra pneumatico e asfalto è maggiore nella direzione del moto. In questo modo, la pressione può essere vista come forza verticale verso l’alto, spostata nella direzione del moto rispetto all’asse precedentemente indicato, e tale da creare una coppia che

si oppone al rotolamento dello pneumatico stesso. La forza complessiva che si oppone al rotolamento, dunque, può essere calcolata sperimentalmente come prodotto fra la forza verticale N e il coefficiente di rotolamento f. Quest’ultimo, a sua volta, è determinabile sperimentalmente e dipendente da una serie di parametri come la velocità V del kart, la pressione di gonfiaggio del pneumatico, il carico verticale sulla ruota, le dimensioni del pneumatico, la struttura radiale o convenzionale dello stesso, il materiale del battistrada, la temperatura e le condizioni dell’asfalto del tracciato, oltre che le forze laterali, in curva, e longitudinali, in fase di accelerazione e frenata. Tutti parametri analizzati nei grafici della slide precedente.

RESISTENZA AL ROTOLAMENTO

La forza verticale N spinge la ruota in direzione opposta al moto di rotolamento

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